CN116490221A - 烧烫伤用修复材料 - Google Patents
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Abstract
对于处理槽(10)内载置的新鲜羊膜利用处理槽(10)内设置的远红外线加热器(14)连续进行加温、并且在使处理槽(10)内为减压状态的减压操作与使减压状态的处理槽(10)内向着大气压侧稍微上升的复压操作时从处理槽(10)内设置的微波照射装置(30)对该新鲜羊膜照射微波,一边对羊膜中存在的水分子施加能量一边进行干燥。将该操作重复数次而保持了细胞/组织结构且干燥的羊膜可以在重症烧烫伤患者的坏死层等被除去后在创部作为覆盖材料、支架材料使用,从而保持浸润细胞所分泌的细胞因子、生理活性物质,促进包括血管新生和成纤维细胞增殖在内的良好的肉芽的形成,从而能够提高患者的生存率/治疗效果(无需担心瘢痕)。
Description
技术领域
本发明涉及在治疗烧烫伤、特别是严重烧烫伤时作为烧烫伤用覆盖材料和/或烧烫伤用再生支架材料使用的修复材料。
背景技术
烧烫伤的严重程度由面积和深度决定。关于深度,根据表面的色调而将深度分为I~III度。II度烧烫伤为深达真皮的烧烫伤,III度烧烫伤为皮肤全部受损的状态。
烧烫伤深度为II度且体表面积30%以上或烧烫伤深度为III度且体表面积10%以上为重症,需要在急救中心进行集中治疗。
急救外科领域的III度烧烫伤基本上具有较厚的坏死组织,适用外科治疗,因此不适合应用一般的创伤覆盖材料。随着时间的经过而存在局部感染可能性时,尽早除去烧痂、坏死组织,观察除去部位周围的肉芽形成情况,进行皮肤移植。但是,移植时经常发生如下问题:不可或缺的移植床形成(woundbed preparation:良好的肉芽形成)未充分进行,因此再生不良(所移植的皮肤难以成活),使病情恶化、导致死亡。
根据一般社团法人日本烧烫伤学会出版的“烧烫伤诊疗指南〔修订第2版〕、2015年”,关于烧烫伤中的创伤覆盖材料的报道几乎都是针对II度烧烫伤的,在III度烧烫伤中不会积极使用,另外,烧烫伤中使用的创伤覆盖材料大致分为泡沫材料、纤维材料、胶体材料,根据形状、渗出液的吸收度而区分使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-54015号公报
非专利文献
非专利文献1:Gruss,J.S.&Jirsch,D.W.Human amniotic membrane:A versatilewound dressing.Can.Med.Assoc.J.118,1237-1246(1978).
非专利文献2:Okabe,M.et al.Hyperdry human amniotic membrane is usefulmaterial for tissue engineering:Physical,morphological properties,and safetyas the new biological material.J.Biomed.Mater.Res.-Part A 102,862-870(2014).
发明内容
发明要解决的问题
以往,对III度烧烫伤治疗方法而言,不存在预防感染、促进肉芽良好地形成的有效方法,现状是只能依靠患者的生命力、免疫力。
虽然有必要使肉芽在早期长出,但是不存在有效的方法,在早期形成良好的肉芽、不引起感染而在早期进行皮肤移植有助于延长严重烧烫伤患者的生命。
用于解决问题的方案
羊膜是由胶原蛋白和弹性纤维构成的强韧的生物膜,新鲜羊膜作为对创伤、烧烫伤有用的覆盖材料已有报道(非专利文献1)。但是,由于需要时无法立即获得、保存和处理烦杂,实际的临床应用中使用受到限定。针对于此,报道了通过特定的干燥处理而制造的干燥羊膜(极度干燥人干燥羊膜:以下记作HD-AM)(专利文献1、非专利文献2)。
发明人们制作了烧烫伤深度为I度~III度的烧烫伤模型动物,从组织学、免疫化学、分子生物学角度确认了HD-AM在烧烫伤模型动物的真皮缺损或皮下组织缺损部促进肉芽增生。即,明确了HD-AM作为细胞支架(scaffold)的功能、诱导生长因子和细胞迁移系趋化因子、进而向M2巨噬细胞的分化调节所实现的局部抗炎症和促进组织再生等,与组织再生有关,从而完成了本发明。
以下对本发明进行详细说明。
根据本发明的烧烫伤用修复材料,其特征在于,其为在烧烫伤治疗中作为烧烫伤用覆盖材料和/或烧烫伤用再生支架材料使用的修复材料,所述烧烫伤用修复材料是包裹包括人在内的动物的胎儿的新鲜羊膜经干燥处理而得的干燥羊膜,上述干燥羊膜经过了脱水干燥而能够在无菌状态的干燥大气中保存,并且浸渍于水或缓冲液而复水的羊膜中保持了构成上述新鲜羊膜的上皮细胞、基底膜和结缔组织。
通过采取该构成,特别是在用作重症烧烫伤患者的真皮缺损部或皮下组织再生中使用的覆盖材料和/或支架材料时,促进重症烧烫伤的创伤部位的炎症性细胞因子、生长因子等生理活性物质的分泌,通过该炎症性细胞因子来防御来自外部的异物所致的感染,并且由此而通过促进VEGF、TGF-b的分泌等积极作用促进重症烧烫伤的创伤愈合。
另外,可以为烧烫伤为II度和/或III度的重症烧烫伤治疗过程中的覆盖材料和支架材料。
根据本发明的烧烫伤用修复材料的应用,其特征在于,其为在烧烫伤治疗中作为烧烫伤用覆盖材料和/或烧烫伤用再生支架材料使用的修复材料的应用,所述烧烫伤用修复材料是包裹包括人在内的动物的胎儿的新鲜羊膜经干燥处理而得的干燥羊膜,上述干燥羊膜经过了脱水干燥而能够在无菌状态的干燥大气中保存,并且浸渍于水或缓冲液而复水的羊膜中保持了构成上述新鲜羊膜的上皮细胞、基底膜和结缔组织。
另外,可以为在烧烫伤为II度和/或III度的重症烧烫伤治疗过程中的覆盖材料和支架材料的应用。
发明的效果
通过附上HD羊膜,能够在受伤早期广泛地进行细胞浸润且作为支架保持浸润细胞,由此促进创伤部位的炎症性细胞因子、生长因子等生理活性物质的分泌。已明确,通过炎症性细胞因子而防御来自外部的异物所致的感染,并且由此而促进VEGF、TGF-b的分泌,在血管新生的同时促进良好的肉芽形成。另一方面,促进抑制炎症的细胞因子的分泌、IL-10的分泌,在POD7时,显示CD163阳性的M2细胞显著增殖。
附图说明
图1中,图1A至图1C为说明实验小鼠模型和HD-AM的应用的图。(图中,adiposetissue=脂肪组织、组织1/2=优质的肉芽)。图1A为实验用小鼠的示意图(烧烫伤部位的制作)。将小鼠麻醉并取仰卧位后将四肢固定。对背部皮肤剃毛并用脱毛膏除毛。使背部的10mm的范围以90度、10秒的条件暴露于热水,以φ=10mm的尺寸在背部中央形成III度烧烫伤创伤。图1B为实验用小鼠的示意图(通过除去烧烫伤部位而开始治疗)。烧烫伤后即刻切除该部位的皮肤的全部层,形成开放创口。图1C为观察III度烧烫伤实验模型的经时评价的图。使直径10mm的区域于90度热水暴露10秒并观察烧烫伤深达程度,结果刚受伤后在表皮、真皮、皮下组织处确认到坏死,受伤后经过7天也未观察到上皮化。根据该结果判断本实验模型作为III度烧烫伤模型是妥当的,将其作为研究肉芽形成等烧烫伤治疗的效果的III度烧烫伤模型。
图2中,图2A至图2C为说明HD-AM的应用的图。图2A为在创伤部使用了HD-AM的小鼠的示意图。图2B为创伤部未使用HD-AM的小鼠(对照)的示意图。图2C为将HD-AM配置在创伤区域上的示意图。
图3为定量逆转录聚合酶链式反应(q RT-PCR)中使用的引物。
图4中,图4A和图4B为测定肉芽组织厚度的方法的示意图。图4A为在发生烧烫伤后经时观察利用选择性地染色结缔组织的AZAN染色法染色后的组织的图。图4B为发生烧烫伤后在治疗中计测结缔组织厚度时的示意图。
图5中,图5A和图5B为受伤后的治疗中代表性的显微镜照片。图5A为HD-AM(-)治疗后第1、4、7天(POD 1、4、7)和HD-AM治疗后第1、4、7天(POD 1、4、7)各组的代表性显微镜照片。用黄色箭头示出肉芽组织厚度。图5B为比较肉芽组织的测定平均厚度的图。HD-AM组中,治疗后1、4、7天(POD 1、4、7)的肉芽组织均显著厚于HD-AM(-)组(n=5、*p<0.05)。
图6为说明细胞向HD-AM中的浸润的图。使用H-E染色观察细胞向HD-AM中的浸润(×50、×100)。通过组织学方法观察置于创部的羊膜时,HD-AM组中,在羊膜下部确认到更多的炎症性细胞浸润。认为这表明了羊膜作为支架的功能。
图7为使用定量RT-PCR测定各种生长因子、细胞迁移趋化因子、抗炎症和炎症系细胞因子的图。为抗炎症和炎症系细胞因子的测定。HD-AM的情况下,炎症性细胞因子的mRNA的表达持续上升,观察到大量的抗炎症细胞因子的mRNA的表达。表明创伤愈合过程明显且顺利地推进。
图8中,图8A至图8C为实施免疫组织化学染色的显微镜照片。图8A为POD7时的CD31染色的比较。POD7时,在HD-AM组确认到更多的成纤维细胞的增殖和血管新生。这些新生的血管、成纤维细胞在组织3区域内向着组织1的方向延伸。图8B为POD7时浸润的细胞的比较。组织1中,在POD7中时就浸润的细胞在HD-AM中成活,这些细胞为TGF-b、VEGF、Iba-1阳性的细胞。图8C为POD4和POD7时的VEGF分泌部位(细胞)的观察和比较。
图9为制作HD羊膜的干燥装置。
具体实施方式
(本实施方式的概要)
通过特定干燥处理(极度干燥)而制造的干燥羊膜例如为专利文献1中记载的干燥羊膜。即,对于处理槽内载置的新鲜羊膜,利用处理槽内设置的远红外线加热器连续加温,在使处理槽内为减压状态的减压操作与使减压状态的处理槽内向着大气压侧稍微上升的复压操作时,从处理槽内设置的微波照射装置对该新鲜羊膜照射微波,一边对羊膜中存在的水分子赋予能量一边进行干燥。将其重复进行数次而制造的干燥羊膜(HD-AM)虽然羊膜细胞本身失活,但是其细胞/组织结构得以保持。
急救外科领域的III度烧烫伤基本上具有较厚的坏死组织,适用外科治疗,因此不适合应用一般的创伤覆盖材料。随着时间的经过而存在局部感染可能性时,尽早除去烧痂、坏死组织,观察除去部位周围的肉芽形成情况,进行皮肤移植。但是,移植时经常发生如下问题:不可或缺的移植床形成(woundbed preparation:良好的肉芽形成)未充分进行,因此再生不良(所移植的皮肤难以成活),使病情恶化、导致死亡。
在本实施方式中,配置作为覆盖材料和支架材料的HD-AM。通过将HD-AM作为覆盖材料和支架材料配置在严重烧烫伤的创部,通过使炎症性细胞因子和VEGF一过性地上升而防御感染症和促进血管新生,之后它们减少且转为抗炎症性细胞因子上升,从而促进优质的肉芽形成等积极作用。
在本实施方式中,在使用HD-AM作为覆盖材料和支架材料时,例如根据不能使用一般的创伤覆盖材料的烧烫伤或严重烧烫伤等创伤部位用剪刀等成型出合适的形状即可,另外可以制作引流孔。
(在模型动物中制作基于烧烫伤的创伤)
如图1所示,将小鼠在麻醉取仰卧位后将四肢固定。对背部皮肤剃毛并用脱毛膏除毛。用管使背部的10mm的范围以90度、10秒的条件暴露于热水(图1A),以φ=10mm的尺寸在背部中央形成III度烧烫伤创伤。烧烫伤后即刻切除该部位的皮肤的全部层,形成开放创口(图1B)。本方法不仅能够通过改变所投入的热水的温度和热水暴露时间而调整烧烫伤的深达程度,而且能够通过改变使用的管的直径而改变烧烫伤的受伤面积。由此,对于以往使用昂贵设备而制作的烧烫伤而言,能够用廉价的材料简单且稳定地制作所需的烧烫伤模型。
需要说明的是,实验动物的处理按照美国国立卫生研究院的指南进行且得到了富山大学动物实验委员会的许可。另外,实验按照富山大学动物实验委员会的指南来进行。
(HD-AM的应用)
人羊膜主要由单层上皮层(Epithelium)、薄的基底膜(Basement membrane)、无血管的间质层(Stroma)这3层构成(图2C、HD-AM的部分)。实验中,制作了将HD-AM切成15×15mm的大小且使上皮层朝上的组(HD-AM group)和作为对照的未设置HD-AM的组(HD-AM(-)group)这2组(图2A、图2B)。由烧烫伤导致的创部(Wall of exposed bowel)全部用聚氨酯泡沫覆盖材料(TegadermTM金刚石透明膜(R),3M Deutschiand GmbH Health CareBusiness,Germany)覆盖。
各组(HD-AM(-),HD-AM)分别为5只小鼠,分别在术后1天(POD 1)、术后4天(POD 7)和术后7天(POD7)进行评价,因此合计使用30只。创部用不锈钢网(0.06mmΦ,150m/s)覆盖,以避免HD-AM、创伤覆盖材料因小鼠的行动而脱落。
(组织学染色和免疫组织化学染色)
为了进行组织学观察,在POD 1、POD 4和POD 7从各小鼠采集烧烫伤所形成的创伤部并进行石蜡包埋。将从石蜡块薄切出的切片用苏木精-伊红(H&E)和AZAN染色。另外,对于CD163、Iba1、TGFβ-1(transforming growth factor beta-1,转化生长因子β-1)、VEGF(vascular endothelial growth factor,血管内皮生长因子)、CD31、αSMA进行免疫组织化学染色。将染色后的组织用Leica DMRBE显微镜(Leica、Wetzlar、Germany)和DP73 system(Olympus、Tokyo、Japan)进行拍摄。
(烧烫伤治疗部位的肉芽组织(再生部)的测定)
为了观察肉芽组织,通过AZAN染色来容易地区分胶原蛋白纤维和纤维蛋白。含有胶原蛋白纤维的肉芽组织的厚度使用Olympus CellSens成像程序(版本1.7;Olympus、Tokyo、Japan)来测定。治疗后4天(POD4)时,不论是否添加HD羊膜,均确认到在周围的正常组织的皮下组织与肌层之间出现了一层胶原蛋白膜。由于以该膜为边界观察浸润细胞的动向和肉芽形成,因此如图4A那样确定各区域。经时观察这些区域中的变化,对于测定部位、即上皮缺损残端a、上皮缺损残端的中央b以及处于a与b的中点c的下方的组织3中形成的肉芽组织的厚度(图4B),在a、b、c这3个位置进行测定,将其平均值作为肉芽形成组织的厚度(图4B)。
(定量逆转录聚合酶链式反应(qRT-PCR))
为了提取烧烫伤所致的创伤部的肉芽组织中的mRNA,从各试样中选择性地采集靶部位。采集时,对于任一被检体,均同样地切下肉芽组织,使它们在解剖学上尽可能保持一致,以避免受到采集部位、范围的差异的影响。使用Isogen II(Nippon Gene Co.LTD.,Tokyo,Japan)按照制造商的指示从组织提取总mRNA。将该mRNA中的一部分即3μg在室温下用脱氧核糖核酸酶I(DNase I、Sigma-Aldrich,Inc.,Tokyo,Japan)处理15分钟。
使用Rever Tra Ace qPCR RT Kit(Toyobo Co.,Ltd.,Osaka,Japan),用500ng的DNase I处理RNA合成cDNA。基因表达中,使用Mx3000P定量聚合酶链式反应(qPCR)系统(Stratagene;Agilent Technologies Japan Ltd,Japan)且使用Brilliant SYBR GreenQRT-PCR Mix(Stratagene;Agilent Technologies Japan Ltd.Japan)利用实时RT-PCR分析来定量。在POD 1、POD 4和POD 7,对于5只小鼠/组,提取mRNA并以三次重复方式测定作为生长因子的TGFβ130、VEGFA31、α-SMA32、bFGF33、PDGF34、细胞迁移系趋化因子CXCL-535、SDF-135、抗炎症性M2巨噬细胞的标记物CD163、抗炎症细胞因子IL-1037、炎症系细胞因子IL-637、肿瘤坏死因子(TNF-α38)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxidesynthase,iNOS38)。
为了明确细胞因子的变动为术后变化,在制作5只模型小鼠后立即采集组织,设为POD 0,调查手术后即刻的各引物的mRNA表达量。各mRNA的表达量进行以GAPDH为内标的校正,以POD 7的HD-AM(-)组的平均值为基准进行相对比较。将此次使用的引物的序列示于图3。
(烧烫伤治疗部位的肉芽组织厚度的评价)
在各组中测定创伤部的肉芽组织厚度(用黄色箭头表示),在POD 1、POD 4和POD 7之间进行比较(图5A)。HD-AM组与HD-AM(-)组相比,POD 1、POD 4和POD 7时肉芽组织均显著厚(图5B:p<0.05)。
(细胞向HD-AM的浸润)
HD-AM组中,观察到细胞向HD-AM内的浸润(图6)。若通过组织学方法观察置于创部的羊膜组,则HD-AM组中在羊膜下部观察到更多的炎症性细胞浸润。认为这表明了HD羊膜作为再生支架(scaffold)的功能。
(HD-AM组和HD-AM(-)组的炎症促进方式和抗炎症促进方式的比较)
图7示出抗炎症和炎症系细胞因子的测定,HD-AM的情况下,炎症性细胞因子的mRNA的表达持续上升,观察到大量的抗炎症细胞因子的mRNA的表达。表明创伤愈合过程明确且顺利地推进。
在HD-AM的情况下,作为炎症性细胞因子的iNOS在POD4、POD7时显著上升。作为炎症性细胞因子的IL-6在POD4时一过性地上升。在HD-AM的情况下,作为抗炎症性细胞因子的IL-10在POD4、POD7时显著上升。在HD-AM的情况下,表示抗炎症性的M2巨噬细胞的CD163在POD7时显著上升(图7)。
关于作为有助于组织重构的抗炎症M2巨噬细胞的标记物的CD163,在POD7时在HD-AM组中显示出显著高的值(图7)。这些细胞因子在创伤愈合早期有用,但是表达高值持续的情况下认为成为瘢痕形成、慢性创伤化等的诱因,HD-AM显示出能够抑制瘢痕化、炎症持续所致的组织障碍的可能性。认为,利用HD-AM的治疗在一过性地促进炎症后切换到抗炎症状态的方式是重要的。
关于抗炎症细胞因子,IL-10在放置羊膜时也存在较高倾向。这些结果表明,通过添加HD羊膜,有促进创伤愈合的效果。
(免疫组织化学染色)
对于表示血管新生的CD31、也有助于增殖抑制/细胞分化/凋亡诱导等的TGFβ-1、血管内皮生长因子VEGF和表示抗炎症性M2巨噬细胞的CD163,通过免疫组织化学染色调查了局部存在情况。对于HD-AM组,在POD7时在肉芽部位(组织3)中以向着组织1的方向延伸的状态观察到血管新生(图8A)。在组织1中,POD7时就浸润的细胞以HD-AM为支架而成活,Iba1阳性细胞(巨噬细胞:M1和M2这两者)分泌TGF-b、VEGF(图8B)。POD4时,在HD-AM组中,在组织2中确认到VEGF阳性,存在多个分泌VEGF的细胞,在POD7时在以HD-AM为支架的细胞中观察到分泌VEGF的细胞(图8C)。血管内皮细胞增殖导致血管新生,由此能够形成良好的肉芽。表明由于这些细胞因子的影响而在皮下组织上促进了富含血管的有效的肉芽形成。
·HD-AM的制造
使用图9所示的干燥装置,在下述的真空/远红外线/微波各装置的条件下对新鲜羊膜进行干燥。
图9的干燥装置在处理槽10内具备载置新鲜羊膜的旋转台12、和作为加温单元的远红外线加热器14。另外,为了对处理槽10内进行减压,在处理槽10上连接有电磁阀20和真空泵18。另外,为了对处理槽10内进行复压,处理槽10上连接有电磁阀26和过滤器24。
另外,在从减压状态进行复压操作时,为了一边对羊膜中的水分子施加能量一边进行干燥,在处理槽10上设置微波照射装置30。
·干燥槽加温:50℃、F.I.R:50℃、关闭阀:37%、最高到达压力0.34kPa空转最高到达压力0.33kPa
·干燥处理的方法
(1)减压180sec
(2)复压30sec(关闭阀开度37%)
微波照射
0.1kw-180sec(复压时持续进行)
(3)减压180sec
(4)此后重复(2)和(3)
(5)确认(3)的180sec减压后到达压力(0.30~0.35kPa)并手动进行干燥结束。
恢复至大气压,结束。
产业上的可利用性
通过特定干燥处理而制造的干燥羊膜(HD-AM),即对于处理槽内载置的新鲜羊膜利用处理槽内设置的远红外线加热器连续进行加温、并且在使处理槽内为减压状态的减压操作与使减压状态的处理槽内向着大气压侧稍微上升的复压操作时从处理槽内设置的微波照射装置对该新鲜羊膜照射微波,一边对羊膜中存在的水分子施加能量一边进行干燥、并且将其重复进行数次而在保持了细胞/组织结构的情况下干燥而得的羊膜,不仅保存性提高,而且容易进行处理。是通过将该干燥羊膜用于重症烧烫伤患者的真皮缺损部或皮下组织的覆盖和/或组织再生(伴有血管新生的良好的肉芽形成)时、从而能够早期实现III度烧烫伤等所必需的皮肤移植的治疗方法。进而,用于防止烧烫伤的创伤部的感染的目的时,能够提高患者的生存率/治疗效果(无需担心瘢痕)。
Claims (6)
1.一种烧烫伤用修复材料,其特征在于,其为在烧烫伤治疗中作为烧烫伤用覆盖材料和/或烧烫伤用再生支架材料使用的修复材料,所述烧烫伤用修复材料是包裹包括人在内的动物的胎儿的新鲜羊膜经干燥处理而得的干燥羊膜,所述干燥羊膜经过了脱水干燥而能够在无菌状态的干燥大气中保存,并且浸渍于水或缓冲液而复水的羊膜中保持了构成所述新鲜羊膜的上皮细胞、基底膜和结缔组织。
2.根据权利要求1所述的烧烫伤用修复材料,其中,烧烫伤为II度和/或III度的烧烫伤。
3.一种烧烫伤用修复材料的应用,其特征在于,其为在烧烫伤治疗中用作烧烫伤用覆盖材料和/或烧烫伤用再生支架材料的修复材料的应用,所述烧烫伤用修复材料是包裹包括人在内的动物的胎儿的新鲜羊膜经干燥处理而得的干燥羊膜,所述干燥羊膜经过了脱水干燥而能够在无菌状态的干燥大气中保存,并且浸渍于水或缓冲液而复水的羊膜中保持了构成所述新鲜羊膜的上皮细胞、基底膜和结缔组织。
4.根据权利要求3所述的烧烫伤用修复材料的应用,其中,烧烫伤为II度和/或III度的烧烫伤。
5.一种烧烫伤治疗方法,其使用干燥羊膜作为烧烫伤用覆盖材料和/或烧烫伤用再生支架材料,所述干燥羊膜是包裹包括人在内的动物的胎儿的新鲜羊膜经干燥处理而得的干燥羊膜,其经过了脱水干燥而能够在无菌状态的干燥大气中保存,并且浸渍于水或缓冲液而复水的羊膜中保持了构成所述新鲜羊膜的上皮细胞、基底膜和结缔组织。
6.根据权利要求5所述的烧烫伤治疗方法,其中,烧烫伤为II度和/或III度的烧烫伤。
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